A reação entre o cobre e o ácido nítrico produz NO2, um gás castanho que sofre dimerização e forma o N2O4, um gás incolor, formando um equilíbrio químico entre eles.
A reação de decomposição do dióxido de nitrogênio (NO2) em tetróxido de nitrogênio (N2O4) é reversível e estabelece um equilíbrio homogêneo
Um equilíbrio químico forma-se quando, em uma reação reversível, a velocidade da reação direta é a mesma que a da reação inversa. Nesse ponto, as concentrações individuais dos reagentes e dos produtos mantêm-se constantes, mas elas não são necessariamente iguais.
Algumas “pertubações” podem ser realizadas no sistema a fim de deslocar o equilíbrio, tais como a variação da concentração, da pressão e da temperatura. O princípio de Le Chatelier diz que quando se aplica alguma perturbação externa sobre um sistema químico em equilíbrio, ele irá se deslocar de forma a minimizar tal perturbação. Por exemplo, como explica o texto Variação da Temperatura e Deslocamento do Equilíbrio Químico, um aumento na temperatura favorecerá o deslocamento do equilíbrio no sentido que absorva calor, isto é, para a reação endotérmica. Por outro lado, a diminuição da temperatura favorecerá o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação exotérmica (reação que libera calor).
Para ajudar a visualizar como isso ocorre, vamos realizar um experimento que envolve o seguinte equilíbrio:
NO2(g) ↔ N2O4(g) “castanho “incolor” avermelhado”
Essa é uma reação de dimerização do dióxido de nitrogênio (NO2). A cada duas moléculas desse gás unidas, uma molécula de tetróxido de dinitrogênio (N2O4) é formada. Visto que esses gases apresentam cores diferentes, é possível visualizar facilmente se a reação está em equilíbrio ou se ela está deslocada para algum dos lados. Veja como:
Materiais e Reagentes:
* 1 cm de fio de cobre;
* Um balão volumétrico de 200 mL ou uma garrafa de vidro transparente com rolha;
* Ácido nítrico (HNO3) comercial concentrado;
* Um conta-gotas;
* Algum recipiente onde caiba o balão volumétrico;
* Água fervendo;
* Gelo.
Procedimento Experimental:
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1. Coloque o pedaço de fio de cobre dentro da garrafa ou do balão volumétrico;
2. Adicione 30 gotas de ácido nítrico, o que corresponde a 1,5 mL (20 gotas são 1 mL);
3. Feche bem e observe a formação do equilíbrio químico;
4. Agora coloque a garrafa no banho de gelo e observe;
5. Por último, coloque a garrafa na água fervendo e observe novamente o que acontece.
Resultados e Discussão:
O cobre metálico reage com o ácido nítrico a quente, em presença de oxigênio, e forma o dióxido de nitrogênio (NO2):
Na imagem abaixo são mostrados vários fios de cobre em solução de ácido nítrico. Veja a formação do dióxido de nitrogênio, o gás de cor castanho-avermelhada, parecida com a cor de um tijolo.
Reação entre cobre e ácido cítrico com formação do gás dióxido de nitrogênio
Assim que a reação começar no experimento em questão, essa cor do gás ficará bem forte no sistema, parecida com o aspecto da primeira garrafa da imagem inicial. Com o passar do tempo, porém, ocorrerão a dimerização do NO2 e a formação do N2O4, que é um gás incolor e, por isso, a intensidade da coloração do gás diminuirá, mas não chegará a ficar totalmente incolor, pois é uma reação reversível, ocorrendo reação também no sentido de formação do regente NO2. Assim, em temperatura ambiente, quando o sistema atingir o equilíbrio, a coloração do gás ficará parecida com a segunda garrafa da imagem inicial, um tom laranja mais claro.
Agora quando colocamos a garrafa no banho de gelo, observamos que o sistema vai ficando incolor. Pelo Princípio de Le Chatelier já mencionado, quando se diminui a temperatura, favorece-se o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação exotérmica (reação que libera calor). No caso em questão, sabemos que é a reação direta, de formação do N2O4, pois ele é o gás incolor. Temos, então, que a obtenção do gás N2O4 é um processo exotérmico:
NO2(g) ↔ N2O4(g)∆H < 0
Por outro lado, quando colocamos a garrafa na água fervendo, a coloração castanho-avermelhada fica mais intensa, mostrando que houve um deslocamento do equilíbrio no sentido da reação inversa, de formação do NO2, e que, portanto, essa reação é endotérmica.
